Met de kreukelige kop van de krokodil is iets geks aan de hand

Veren, haren en schubben komen vaak voor in specifieke patronen. De ruimtelijke verdeling van die uit keratine bestaande structuren is bij de meeste dieren genetisch bepaald en wordt al in het embryonale stadium vastgelegd. Maar bij de kreukelige kop van de krokodil zit het anders, schrijven Zwitserse evolutiebiologen en bio-informatici in Nature.

Die kopschubben ontstaan door een puur mechanisch proces tijdens de groei, constateerden de onderzoekers eerder al. Nu hebben ze ook de precieze werking van de kreukelvorming ontdekt. Tijdens de snelle groei plooit de huid op sommige plekken naar binnen, waardoor de randen van de schubben ontstaan.

Zelforganisatie – waarbij uit een chaotisch systeem structuren ontstaan – komt in de natuur veelvuldig voor. Denk bijvoorbeeld aan de groei van sneeuwvlokken of patroonvorming in opdrogende klei, maar dus ook aan de huidbedekkende structuren bij dieren. In dat laatste geval ligt de zelforganisatie al grotendeels vast in de genen.

Een puur mechanisch proces

Maar bij krokodillen is iets geks aan de hand. Hoofdauteur Michel Milinkovitch toonde met behulp van 3D-graphics al in 2012 aan in Science dat de ordening van lijfschubben bij krokodillen wél genetisch is bepaald maar die van kopschubben niet. De knobbelige, onregelmatige veelvlakken die de kop en de kaken van de krokodil bedekken sluiten netjes op elkaar aan en overlappen niet. De vorm, grootte en verdeling van die schubben oogt volkomen willekeurig, en Milinkovitch concludeerde destijds dat ze ontstaan door een puur mechanisch proces.

Extra grote kopschubben door de injectie van een speciaal eiwit.
Foto M. C. Milinkovitch & A. Debry/University of Geneva, Switzerland

Hóé dat proces precies in z’n werk gaat beschrijft hij nu met collega’s in Nature. Eerst bestudeerden de wetenschappers de schubvorming aan de hand van experimenten met de embryo’s van nijlkrokodillen. Door de injectie van een speciaal eiwit dat de groei van de opperhuid stimuleerde, ontstonden er extra grote kopschubben. Het afremmen van die groei resulteerde juist in kleinere, plattere kopschubben: vergelijkbaar met die van de kaaiman, het Zuid-Amerikaanse neefje van de krokodil. Vervolgens analyseerden de biologen met onder andere fluorescentiemicroscopie en computersimulaties de precieze architectuur van afzonderlijke schubben.

Zo kwamen ze tot de conclusie dat het verschil in stijfheid tussen de opperhuid en de daaronder liggende lederhuid een cruciale rol speelt in de schubvorming. Ook het feit dat de opperhuid relatief snel groeit is daarbij van belang: de overtollige huidwordt als het ware samengedrukt, plooit naar binnen en daardoor ontstaan de randen van de schubben. Zulke ‘compressieplooien’ zijn overigens niet uniek voor de krokodillenkop; je komt ze bijvoorbeeld ook in de aardkorst tegen, als gesteente als gevolg van plaattektoniek wordt samengeperst.